[論文レビュー] An Update of the ABMP16 PDF Fit

S. Alekhin, Johannes Bluemlein+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、7 TeVでのWおよびZボソン生成に関する最近の高精度LHCデータおよび深電子散乱におけるc-およびb-クォーク生成の最終的HERAデータを組み込んだ、ABMP16陽子部分素粒子分布関数（PDFs）の更新版を提示する。包含的ディップスインレジスティック散乱（DIS）データにQ² > 10 GeV²の stricter 切り捨てを適用することで、小xにおける高次混合効果が抑制され、より頑健なグルーオン分布と、小xでは上クォークと下クォークの平均に一致するが、中程度のxでは約0.5倍に抑制された奇妙な海クォーク分布が得られる。非共鳴的γ*/Z生成データは、光子初期状態過程をフィットに組み込むことで、成功裏に記述可能である。

ABSTRACT

We present an updated version of the ABMP16 nucleon PDFs, which is tuned by using recent precise data on $W$- and $Z/\gamma^*$-production at the LHC and the final HERA data on DIS $c$- and $b$-quark production and by imposing a stringent $Q^2$-cut on the inclusive DIS data in order to avoid the impact of higher twist terms at small $x$ at HERA. The new $W$- and $Z$-boson production data, in particular the updated version of the ATLAS data at the c.m.s. energy 7 TeV, are well accommodated into the present fit. The strange sea distribution obtained is consistent with the average of the up and down quark ones at small $x$. However, it is still suppressed with respect to the non-strange one by a factor of $\sim 0.5$ at moderate $x$. The small-$x$ gluon distribution is enhanced as compared to the previous ABMP16 fit, in line with updated data on the DIS $c$-quark production. Finally, a good description of the non-resonant $\gamma^*/Z$-production data, which are included into the ABM analysis for the first time, is achieved provided the photon-initiated lepton pair production is taken into account.

研究の動機と目的

• WおよびZボソン生成に関する最新の高統計LHCデータを統合することで、ABMP16陽子部分素粒子分布関数（PDFs）の精度と信頼性を向上させること。
• 小xにおける包含的ディップスインレジスティック散乱（DIS）データの高次混合寄与による潜在的バイアスを解消するため、HERAの包含的DISデータにQ² > 10 GeV²の厳しいカットを適用すること。
• c-およびb-クォーク生成に関する更新されたHERAデータがグルーオン分布および奇妙な海クォーク分布に与える影響を評価すること。
• 非共鳴的γ*/Z生成データをグローバルPDFフィットに初めて組み込み、光子初期状態寄与を考慮した記述の妥当性を検証すること。
• 最新のATLASが提供する電荷を帯びたレプトンの非対称性およびDrell-Yan截面に関するデータと、FEWZ 3.1といった高度な理論ツールを用いて、更新されたPDFの整合性を評価すること。

提案手法

• 次々に高次のオーダー（NNLO）QCD計算を用いた陽子PDFへのグローバルフィットを実施し、W/ZボソンおよびDrell-Yan予測にはFEWZ 3.1コードを用いる。
• HERAの包含的DISデータにQ² > 10 GeV²のカットを新たに適用することで、高次混合寄与を抑制し、包含的および半包含的データセット間の整合性を向上させる。
• c-およびb-クォーク生成データを統合し、包含的DISと比較することで、奇妙な海クォーク分布を制約し、データタイプ間の整合性を確保する。
• 動的に決定される光子分布を介して、光子初期状態のレプトン対生成（γγ → l⁺l⁻）をフィットに組み込み、非共鳴的Drell-Yanデータとの一致を向上させる。
• √s = 7 TeVにおけるATLASのW/Z生成データを更新版としてフィットに組み込み、NNLOでχ²/NDP = 69/61を達成しており、データとの良好な一致を示している。
• 理論的予測の系統的不確実性は、FEWZ 3.1およびDYNNLO 1.4ツールを用いて評価され、データとの全体的な一致が優れていることから、FEWZ 3.1が選択された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包含的DISデータにQ² > 10 GeV²の stricter カットを適用することで、小xにおけるグルーオン分布および奇妙な海クォーク分布の決定にどのような影響を与えるか？
• RQ2 7 TeVでの更新されたATLASのWおよびZボソン生成データは、奇妙な海クォーク分布およびグルーオンPDFの制約をどの程度改善するか？
• RQ3 ATLASの非共鳴的γ*/Z生成データは、グローバルPDFフィット内で一貫して記述可能か？また、光子初期状態生成はどのような役割を果たすか？
• RQ4 更新されたABMP16 PDFセットは、中程度のxにおける奇妙な海クォーク抑制係数について、以前のバージョンと比較してどの程度異なるか？
• RQ5 更新されたHERAのc-およびb-クォーク生成データは、包含的および半包含的過程から得られるグルーオン分布の整合性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 更新されたABMP16 PDFセット（ABMP16upd）は、より厳しいQ²カットと更新されたc-クォークデータのおかげで、元のABMP16フィットと比較して小xにおけるグルーオン分布が顕著に増強されている。
• 奇妙な海クォーク分布は、小xにおいて上クォークと下クォークの平均と一致しており、バリオン様領域における非対称性が低減していることを示している。
• 中程度のxでは、奇妙な海クォークは非奇妙な海クォークに対して約0.5倍に抑制されており、奇妙な海クォーク抑制係数はκs(μ² = 20 GeV²) = 0.71(3)を示している。
• 光子初期状態過程を組み込むことで、ATLASの非共鳴的γ*/Z生成データが良好に記述可能であり、フィットされた光子分布はMRST2004qedセットよりも大きい。
• NNLOでATLASのW/Zデータに対するχ²/NDPは69/61を示しており、データの全体的な記述が良好で、顕著な系統的ずれは認められない。
• Q² > 10 GeV²のカットの導入により、包含的および半包含的HERAデータ間の整合性が向上し、特にグルーオン分布が、c-およびb-クォーク生成から単独に抽出されたものとよりよく一致するようになった。